Использование TP4056 для зарядки батареи LiPo и питания моей цепи

Использование TP4056 для зарядки батареи LiPo и питания моей цепи

Моя цель состоит в том, чтобы питать цепь 5 В с помощью аккумуляторной батареи с дополнительным источником питания USB. У меня есть зарядное устройство TP4056 (со схемой защиты аккумулятора) для зарядки аккумулятора LiPo 3,7 В 900 мАч, например, здесь:

Значение по умолчанию текущего резистора RPROG на плате TP4056 составляет 1,2K. Нужно ли менять резистор для моего 3.7V 900mAh аккумулятора или это нормально?

Схема я иду к власти, однако требует 5V питания. Поэтому я использую повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный ток (B6286, аналогичный MT3608), как показано на рисунке ниже, для повышения напряжения 3,7 В с выхода LiPo до 5 В. Вопрос в том, будет ли регулироваться этот выход 5 В?

Или мне для этого нужен дополнительный регулятор 7805? Для использования 7805 я понимаю, что входное напряжение для микросхемы 7805 теперь должно быть увеличено с 3,7 В по крайней мере до 7 В. Моя нагрузка состоит только из модуля XBee, который потребляет около 40 мА, и модуля джойстика, который работает при 5 В.

На плате DC-DC также есть порт USB, поэтому у меня есть возможность использовать как источник питания USB, так и батарею в качестве источника. Итак, это хороший метод для подачи энергии или есть альтернативный лучший метод? Цель состоит в том, чтобы компоненты и батарея были как можно меньше.

Принцип работы аккумулятора

Для того чтобы его заряжать нужно понимать как он работает — нет я сейчас не буду разлагать его на различные составляющие, все и так знают что внутри свинцовые пластины в специальном растворе серной кислоты. Нам нужно понять — что такое, например — 55 Ампер*час и 12 Вольт.

• Ампер и часы – Емкость аккумулятора измеряется в Ампер*часах. То есть если ваш АКБ (аккумуляторная батарея) 60 А*ч – то он может отдавать 60 Ампер в течение одного часа. Соответственно если нагрузка падает, например до 30А, то он может отдавать уже два часа и так далее. Думаю это понятно.
• Напряжение – принято считать, что напряжение равно 12 Вольт, хотя это не совсем правильно. Нормальное значение рабочего варианта 12,6 – 12,7В (есть варианты и с большим), это полностью заряженный на 100% вариант.

Если напряжение составляет 12В, то можно констатировать что разряд батареи примерно 40 – 50%, однако с такими показателями можно ездить. Если ваш авто исправен и генератор дает нормальную «зарядку», то напряжение быстро восстановится. Также хочется отметить что показатель в 11,5 – 11,6В говорит о «глубоком разряде», это очень «неприятно» для батареи. Начинается процесс «сульфации» свинцовых пластин внутри, что просто уменьшает емкость АКБ — может настолько, что автомобиль просто не запуститься.

То есть мы с вами поняли — нормальные показатели в 12,7В (заряжен), именно с таким напряжением будет отдаваться 60 Ампер в течении часа, а дальше оно упадет до 11,6В (разряжен). Потом зарядка и повторная эксплуатация.

Снимать или не снимать клеммы?

При подсоединении внешнего блока питания опасность возникает из-за риска превышения допустимого уровня напряжения в бортовой сети. Но электронные контроллеры рассчитаны на скачки напряжения до 15,7 В, что ниже параметров внешнего зарядного устройства.

Ряд внешних блоков оснащается регуляторами напряжения низкого качества, допускающими пиковые повышения параметра до 17,5-18 В. Перед коммутацией необходимо тестовым прибором проверить максимальное напряжение в цепи зарядки.

Если на автомобиле применяется кальциевый аккумулятор ранних модификаций, то для восстановления используется подача повышенного напряжения, достигающего 16-17 В. Из-за повышения параметров возникает риск повреждения электронных компонентов машины, рассчитанный на напряжение 14,5 В.

Но современные кальциевые источники питания оснащаются пластинами из сплава свинца, кальция и дополнительных элементов, позволяющих снижать напряжение до стандартного значения.

Поскольку восстановление аккумулятора происходит без присутствия владельца, то рекомендуется отключать батарею от бортовой сети.

Для сохранения настроек электронных блоков используется малогабаритный источник тока напряжением 12 В, временно подключенный к клеммам электропроводки. Оборудование подключается к кузову автомобиля и положительной клемме при помощи проводов, оборудованных зажимами.

Затем производится отключение основной батареи, которая снимается с автомобиля. Резервный аккумулятор должен иметь емкость, достаточную для подпитки электронных цепей машины на протяжении 10-12 часов (среднее время зарядки свинцово-кислотной батареи).

Если карбюратор

При использовании карбюраторной системы питания вопрос, нужно ли снимать клеммы с контактных штырей батареи, не возникает.

Подключение внешнего зарядного блока не оказывает негативного влияния на устройство, которое откликается только на подачу исходящего напряжения. Электронный коммутатор системы зажигания также не реагирует на подсоединение внешнего зарядного устройства.

На части машин импортного производства использовались карбюраторы с электронным контроллером, корректирующим состав топливной смеси по сигналам от каталитического нейтрализатора.

Поскольку эти автомобили были выпущены во второй половине 90-х гг. прошлого столетия, то владельцы демонтировали электронику и установили механические карбюраторы отечественного производства. Если электроника сохранена, то зарядку надо проводить по аналогии с машинами, оснащенными двигателями с распределенным впрыском топлива.

Если инжектор

Двигатели с распределенным впрыском топлива оборудованы микропроцессорным блоком, регулирующим состав топливной смеси в зависимости от условий движения и информации, полученной от различных датчиков.

В конструкции генератора сохранился выпрямительный блок с регулятором напряжения, который обладает повышенной точностью настройки напряжения в бортовой сети. В конструкции электронного контроллера предусмотрена защита, отсекающая питание при повышении напряжения, но полностью полагаться на предохранитель не следует.

Некоторые производители автомобилей не рекомендуют снимать батарею с машины — информация указывается в заводской документации. В этом случае зарядка выполняется на автомобиле в соответствии с указаниями, приведенными в инструкции по эксплуатации.

На запущенном двигателе

После запуска силовой установки начинает работать генератор, обеспечивая зарядку батареи и подавая питание в бортовую сеть машины. При подаче дополнительного напряжения от зарядного блока возникает риск повреждения регулятора на генераторе и контроллера, установленного в зарядном приспособлении.

Если грязные клеммы, и есть окислы

Перед проведением зарядки аккумулятора на автомобиле необходимо оценить состояние контактных элементов, которые покрываются слоем окислов. Материал отличается сниженной электропроводностью, при надевании клемм зарядка батареи идет с нарушениями режимов.

Наличие следов налета от дорожных реагентов или электролита дополнительно ухудшает условия восстановления емкости АКБ. Перед началом зарядки батареи требуется удалить налет посторонних веществ с контактных поверхностей.

Способы защиты свинцовых клемм и штырей батареи:

• очистка при помощи абразивных материалов;
• обработка поверхности защитными составами;
• протирка поверхности от следов влаги и реагентов.

Вредна ли быстрая зарядка для смартфона?

Нет, не вредна. Чтобы не повредить устройство, при использовании технологии Quick Charge происходит регулирование подачи электрического тока. Однако при быстрой зарядке аккумулятор сильно нагревается, за счет чего уменьшается его срок службы. Мы не советуем использовать смартфон во время зарядки, чтобы не заставлять его нагреваться еще сильнее. По возможности заряжайте аккумулятор в прохладном месте или в тени, а для ускорения процесса включите режим «В самолете».

Если ваш телефон не совместим с Quick Charge, но вы всё же заряжаете его с помощью такого зарядного USB-устройства, ваш смартфон не будет поврежден. Он просто получит столько энергии, сколько ему необходимо.

Проверка автомобильного аккумулятора

Проверить состояние аккумуляторной батареи можно несколькими способами.

1. С помощью обычного тестера. Тестер ставиться в режим вольтметра и при выключенном автомобиле замеряется напряжение. Если эту процедуру сделать при включенном двигателе, вы узнаете идёт ли заряд с генератора. Напряжение при выключенном автомобиле должно быть близким к 12 В.
2. Нагрузочной катушкой. По конструкции она представляет собой сопротивление 0,018 – 0,020 Ом с вольтметром, подсоединенным параллельно. Этот агрегат подсоединяется на 5 – 7 секунд и затем снимаются показания с вольтметра.
3. По индикатору на батарее. На некоторых типах аккумуляторов установлен гидрометрический индикатор, который представляет собой маленький глазок. В этом глазке меняются цвета индикатора. Если цвет зелёный, то аккумулятор заряжен. Если белый, требуется зарядка аккумулятора, а если тёмный, заряд на минимуме и возможно требуется доливка электролита.

Также советуем прочитать статью нашего специалиста, в которой рассказывается о том, как проверить плотность электролита в аккумуляторе.

О том, как происходит замена электролита в аккумуляторе автомобиля, вы сможете узнать в подробном материале нашего специалиста.

Аккумуляторы GEL, AGM и особенности их обслуживания

Герметизированные автомобильные аккумуляторы с иммобилизованным (связанным, не находящимся в батарее в виде свободной жидкости) электролитом — это и есть аккумуляторные батареи типа AGM и GEL с предохранительным клапаном VRLA.

В производстве герметизированных батарей разработаны два способа связывания жидкого электролита:

• загущение (получение гелеобразного) электролита — GEL;
• адсорбция (пропитка) жидкого электролита в сепараторах из стекловолокна с высокой пористостью — AGM.

Создание полностью необслуживаемого свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора стало возможным после изобретения сепараторов (межпластинных изоляторов, пропитанных электролитом) из стекловолокна с мельчайшими микропорами, в которых происходит кислородный цикл — замкнутая рекомбинация газов, иначе сказать переход молекул газа в другие химические соединения без «открытого» газовыделения.

Процессы, при которых происходит выделение кислорода и водорода, это:

• Гидролиз — распад молекул воды на кислород и водород в электролите. При зарядном напряжении до 15,2V, процесс гидролиза практически отсутствует.
• Выделения кислорода и водорода из намазки пластин при зарядке.

При увеличении на несколько процентов емкости отрицательных пластин в аккумуляторе, чем положительных, в ходе заряда положительные пластины полностью заряжаются раньше, чем отрицательные. Благодаря этому, активное выделение кислорода начинается до начала активного выделения водорода. Эта часть образующегося кислорода сразу вступает в химическое взаимодействие с активной массой (намазкой) отрицательной пластины. Одновременно образующийся кислород (на положительной решетке) и водород (на отрицательной решетке) попадают в микропоры сепаратора и там вновь соединяются.

Для увеличения скорости поступления кислорода от положительной пластины к отрицательной уменьшили объем «свободного» электролита.

Искусственное ограничение емкости положительных пластин и объема электролита привели к тому, что емкость таких аккумуляторов со «связанным» электролитом на меньше, чем батарей со «свободным» электролитом того же объема и массы.

В качестве загустителя для создания гелеобразного электролита применяют силикагель, аллюмогель и другие вещества. При смешении с серной кислотой эти вещества образуют тиксотропный гель (вязкость уменьшается со временем).

В качестве сепараторов в подавляющем большинстве герметизированных аккумуляторов используют стекломаты из ультратонких волокон. Объемная пористость (способность пропитываться) современных стеклосепараторов достигает 80-85%. Их применяют для как для батарей GEL, так и AGM.

Технология производства батарей типа AGM немного дешевле, но емкостные показатели хуже, чем у аккумуляторов GEL. Свинцовые аккумуляторные батареи со «связанным» электролитом являются герметизированными, но не являются полностью герметичными как, например, никель-кадмиевые герметичные щелочные аккумуляторы. Во всех свинцовых герметизированных аккумуляторах есть предохранительный клапан VRLA (означает Valve Regulated Lead Acid, т.е. кислотная батарея с предохранительным клапаном). Он служит для того, чтобы давление внутри аккумулятора не превышало величины, которая является допустимой по условиям работоспособности и прочности корпусных деталей аккумулятора, проще говоря, что бы АКБ не лопнул. Дело в том, что, несмотря на используемые ограничения емкости положительных пластин, выделение водорода на отрицательной пластине в процессе заряда, особенно на завершающей стадии, полностью подавить невозможно. Причем скорость выделения водорода в конце заряда несколько выше, чем скорость выделения кислорода. Избыточная часть водорода вызывает увеличение давления внутри батареи и для избежания взрыва служит клапан.

Эксплуатация герметизированных аккумуляторов ограничена более узким диапазоном допустимого напряжения бортовой сети на автомобиле и при зарядке, чем для обычных батарей. Эту величину напряжения недопустимо превышать как при эксплуатации на автомобиле, так и при заряде стационарным зарядным устройством. Максимальное напряжение заряда 15,2 V. При достижении этого напряжения начинается активный процесс гидролиза (распада молекул воды в электролите на водород и кислород). В случае превышения величины напряжения на 0,05 V скорость газовыделения становится так велика, что ведет:

• к нарушению контакта между активной массой пластин с электролитом (образуется газовая подушка).
• к «высыханию» аккумулятора. Обильная потеря молекул воды из электролита в результате гидролиза (распада), а в батареях такого типа количество электролита сильно снижено, приводит к еще большему его уменьшению.

Все эти причины ведут к быстрому преждевременному выходу из строя батареи. Весьма жесткие ограничения величины зарядного напряжения и более высокая стоимость батарей AGM и GEL, в сравнении с обычными, создают определенные трудности для их широкого использования на автомобилях.

Зарядка

Зарядка аккумуляторов AGM и GEL производиться специальными зарядными устройствами в полном соответствии с инструкцией к зарядному устройству и АКБ. Для таких аккумуляторов надо использовать зарядное устройство имеющее индикацию, как по току, так и по напряжению, т.е. одновременно контролировать оба эти параметра.

При зарядке аккумуляторов жестко отслеживается температура электролита. Температура выше +45°C считается не допустимой и влечет за собой преждевременный выход из строя аккумулятора. Так же по этой причине не рекомендуется размещение таких батарей в подкапотном пространстве.

Особенность заряда AGM и GEL аккумуляторов это стабилизация заряда по напряжению, а не по току, что позволяет не допускать сильного газообразования.

Пример: Инструкция по эксплуатации АКБ AGM для БМВ

• Напряжение заряда АКБ AGM для автомобилей БМВ не должно превышать 15,2 V.
• Оптимальное напряжение заряда AGM аккумуляторной батареи должно быть 14,4-14,8 V (согласно инструкции производителя).
• Температура аккумуляторной батареи во время зарядки должна составлять +15°C — +25°C.
• Батарея считается достаточно заряженной, если зарядный ток падает ниже 2,5 А.
• Если аккумуляторная батарея заряжается при более низкой температуре, то процесс зарядки завершается только после падения зарядного тока ниже 1,5 А.

Предостережение

• Не заряжать батарею AGM и GEL ускоренным режимом зарядки. Быстрая традиционная зарядка аккумуляторов с применением обычных зарядных устройств может привести к существенной поломке (раздутию) а в крайних случаях от переизбытка газов корпус АКБ может взорваться.
• Ни в коем случае не открывать пробки-клапана, так как в результате поступления из воздуха кислорода нарушится ее химическое равновесие, что приведет к потере функциональных свойств батареи.

Рекомендуемое зарядное устройство
Интеллектуальное зарядное устройство HYUNDAI (HY 1500 EXPERT)

6-ти ступенчатое зарядное устройство предназначено для зарядки свинцово-кислотных 6/12/24V аккумуляторных батарей легковых, грузовых автомобилей, мотоциклов, снегоходов, катеров (лодок), газонокосилок, тракторов, гидроциклов и т.д. Обслуживаемых и необслуживаемых, GEL, AGM, глубокого цикла (тяговые).

Емкость заряжаемых АКБ от 20 до 300 А/ч.

Зарядное устройство обладает высокой эффективностью и имеет защиту от ошибок, которые может допустить пользователь. В случае выключения питания зарядное устройство обладает памятью, переходит в режим ожидания и после включения питания продолжает заряжать с той же ступени. Имеет датчик контроля температуры, который регулирует напряжение заряда в диапазоне от-20°С до +50°С.

Устройство управляется с помощью 12-битного процессора ADC. Микропроцессор позволяет оценивать состояние батареи с анализом ее исправности и соответствующим образом устанавливает силу зарядного тока от 2 до 15 А и напряжение (в зависимости от типа АКБ и ее состояния). Это позволяет наиболее эффективно зарядить АКБ и продлить срок его службы.

Требования безопасности

Все работы по обслуживанию аккумуляторных батарей требуют предельной осторожности, ведь в банках находится кислота. Обязательно используйте резиновые перчатки, особенно при замере плотности электролита.

В момент зарядки в банках аккумулятора происходят интенсивные химические реакции, сопровождающиеся выделением сернистого газа, арсина, хлороводорода и других токсичных веществ. Поэтому аккумулятор лучше не заряжать в гараже или на балконе, а если такой возможности нет, то открывать настежь окна и хорошо проветривать помещение после зарядки.

Прохождение электрического тока от зарядного устройства через электролит аккумулятора сопровождается обильным выделением водорода. Соединение его с кислородом в пропорции 2 к 1 образует гремучую смесь, которая может взорваться даже от незначительной искры.